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引言系统设计 硬件设计软件设计 系统功能模块 空气质量检测模块自动净化模块数据显示与用户交互模块远程监控与数据上传模块 控制算法 空气质量检测与判断算法净化设备控制算法数据记录与远程反馈算法 代码实现 空气质量检测与显示代码自动净化与调节代码数据上传与远程控…目录
引言系统设计 硬件设计软件设计 系统功能模块 空气质量检测模块自动净化模块数据显示与用户交互模块远程监控与数据上传模块 控制算法 空气质量检测与判断算法净化设备控制算法数据记录与远程反馈算法 代码实现 空气质量检测与显示代码自动净化与调节代码数据上传与远程控制代码 系统调试与优化结论与展望 1. 引言
随着空气污染问题的加剧空气质量对人类健康的影响日益受到关注。智能空气质量监测与净化系统能够实时监测空气中的PM2.5、CO2和VOC挥发性有机化合物浓度并根据空气质量情况自动调节净化设备运行提升居住环境的健康水平。本文设计了一款基于STM32的智能空气质量监测与净化系统集成了空气质量检测、设备控制和远程管理功能。 2. 系统设计
2.1 硬件设计
主控芯片STM32F103系列用于逻辑控制和数据处理。传感器模块 PM2.5传感器如PMS5003检测空气中的颗粒物浓度。CO2传感器如MH-Z19监测二氧化碳浓度。VOC传感器如MQ-135检测挥发性有机化合物浓度。温湿度传感器如DHT22提供环境温湿度信息。 净化设备模块 风扇调节空气流通。HEPA过滤网净化空气。活性炭过滤器去除有害气体。 显示模块OLED或LCD屏用于实时显示空气质量数据。通信模块Wi-Fi模块如ESP8266实现远程数据传输和控制。用户交互模块按键或触摸屏用于查看信息和设置参数。
2.2 软件设计
空气质量检测模块采集PM2.5、CO2、VOC和温湿度数据并判断空气质量等级。自动净化模块根据空气质量情况自动调节风扇和净化设备的运行状态。数据交互模块显示实时空气质量信息并允许用户设置净化参数。远程监控模块支持云端数据同步和远程控制。 3. 系统功能模块
3.1 空气质量检测模块
使用传感器实时监测空气中的污染物浓度和环境温湿度。根据空气质量数据计算AQI空气质量指数。
3.2 自动净化模块
根据空气质量等级调整净化设备运行强度。支持手动模式和自动模式切换。
3.3 数据显示与用户交互模块
显示屏实时显示空气质量参数PM2.5、CO2、VOC和设备状态。用户可通过按键或触摸屏设置净化模式和阈值。
3.4 远程监控与数据上传模块
通过Wi-Fi上传空气质量数据和设备状态至云端。用户可通过手机或电脑远程监控和操作设备。 4. 控制算法
4.1 空气质量检测与判断算法 7. 结论与展望
本文设计了一款基于STM32的智能空气质量监测与净化系统集成空气质量检测、自动净化和远程管理功能为用户提供了健康舒适的室内空气环境。未来可以扩展系统的功能如结合AI技术优化净化策略与智能家居生态系统联动为用户提供更加全面的智能化空气管理服务。
根据传感器数据计算AQI并判断空气质量等级。 int calculate_aqi(float pm25, float co2, float voc) {if (pm25 150 || co2 1000 || voc 0.5) {return 3; // 差} else if (pm25 75 || co2 800 || voc 0.3) {return 2; // 中等} else {return 1; // 良好}
}4.3 数据记录与远程反馈算法 将空气质量数据和设备状态上传至云端。 void upload_air_quality(float pm25, float co2, float voc, int aqi_level) {char buffer[128];sprintf(buffer, PM2.5: %.2f, CO2: %.2f, VOC: %.2f, AQI Level: %d, pm25, co2, voc, aqi_level);send_to_cloud(buffer);
}5. 代码实现 5.1 空气质量检测与显示代码 void monitor_air_quality() {float pm25 PMS5003_Read();float co2 MHZ19_Read();float voc MQ135_Read();int aqi_level calculate_aqi(pm25, co2, voc);OLED_Display(PM2.5: %.2f\nCO2: %.2f\nVOC: %.2f\nAQI Level: %d, pm25, co2, voc, aqi_level);control_purifier(aqi_level);
}5.2 自动净化与调节代码 void set_fan_speed(int speed) {switch (speed) {case LOW:PWM_SetDutyCycle(20); // 低速break;case MEDIUM:PWM_SetDutyCycle(50); // 中速break;case HIGH:PWM_SetDutyCycle(100); // 高速break;}
}5.3 数据上传与远程控制代码 void handle_remote_command(char* command) {if (strcmp(command, SET AUTO) 0) {enable_auto_mode();} else if (strcmp(command, SET MANUAL) 0) {enable_manual_mode();} else if (strstr(command, SET FAN)) {int speed extract_speed_from_command(command);set_fan_speed(speed);}
}void upload_and_display_status() {float pm25 PMS5003_Read();float co2 MHZ19_Read();float voc MQ135_Read();int aqi_level calculate_aqi(pm25, co2, voc);OLED_Display(PM2.5: %.2f\nCO2: %.2f\nVOC: %.2f\nAQI Level: %d, pm25, co2, voc, aqi_level);upload_air_quality(pm25, co2, voc, aqi_level);
}6. 系统调试与优化 传感器校准确保PM2.5、CO2和VOC传感器的测量精度。净化设备优化调整风扇速度和过滤器效果提升净化效率。通信优化测试Wi-Fi模块的连接稳定性确保数据传输可靠。用户体验优化增加语音提示和夜间模式。
